CN105709502A - 一种防静电夹心净化材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防静电夹心净化材料，采用以下步骤制备而成：将粒度不大于10μm的导电粉末加入到纺丝溶剂中并混合均匀，然后再与成纤聚合物混合，从而制得纺丝原液；采用溶液静电纺丝法对纺丝原液进行电纺，并将其电纺出的导电纤维直接电纺到粗过滤片材上，从而制得单面设有导电纤维的粗过滤片材；采用热压成型将所述单面设有导电纤维的粗过滤片材与耐高温片材固定在一起，并且导电纤维位于粗过滤片材与耐高温片材之间，从而制得防静电夹心净化材料。本发明不仅具有力学强度高、结构稳定、过滤效率高、粘接牢固等优点，而且制备方法简单，能够有效防止静电危害。

Description

一种防静电夹心净化材料
技术领域
本发明涉及过滤材料领域，尤其涉及一种防静电夹心净化材料。
背景技术
纳米纤维具有纤维直径细、比表面积大、孔隙小、孔隙率高、孔隙通透性好等特点，而这些特点十分符合过滤材料的需求，因此纳米纤维很早就被应用于过滤材料。
静电纺丝法是目前制备纳米纤维最重要、最直接的方法，其制得的电纺纳米纤维不仅具有纳米纤维适合作过滤材料的上述特点，而且该电纺纳米纤维呈三维网状结构，能够有效提高过滤效率和载体相的流动速度，从而可以有效加速过滤过程。但静电纺丝法所制备的电纺纳米纤维具有产量低、纤维机械强度不足、使用寿命短、表面修饰和处理困难等缺点，因此采用静电纺丝法制备电纺纳米纤维目前还无法进行大规模应用。在实际生产中，电纺纳米纤维一般是与纺粘布、针织布或熔喷布等基布进行复合后，再作为过滤材料使用；但是这种复合过滤材料透气性变差、电纺纳米纤维与基布间结合不牢固，而且这种复合过滤材料的过滤性能会受到基布吸湿性、基布厚度、流体流速以及纳米纤维种类的影响，因此这种复合过滤材料一直未得到很好的应用。
此外，静电在我们的日常生活中无处不在，但现有的空气净化材料(例如：PM2.5个体防护材料)均未不能有效防止静电危害。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种防静电夹心净化材料，不仅具有力学强度高、结构稳定、过滤效率高、粘接牢固等优点，而且制备方法简单，能够有效防止静电危害。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种防静电夹心净化材料，采用以下步骤制备而成：
步骤A、将粒度不大于10μm的导电粉末加入到纺丝溶剂中并混合均匀，然后再与成纤聚合物混合，从而制得纺丝原液；
步骤B、采用溶液静电纺丝法对纺丝原液进行电纺，并将其电纺出的导电纤维直接电纺到粗过滤片材上，从而制得单面设有导电纤维的粗过滤片材；
步骤C、采用热压成型将所述单面设有导电纤维的粗过滤片材与耐高温片材固定在一起，并且导电纤维位于粗过滤片材与耐高温片材之间，从而制得防静电夹心净化材料。
优选地，在步骤A中，导电粉末、成纤聚合物、纺丝溶剂三者的质量之比为0.158:4:20。
优选地，所述导电纤维的直径为10nm～1.0μm。
优选地，所述的导电粉末为碳黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、纳米金属颗粒中的一种或多种。
优选地，所述成纤聚合物为聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、醋酸纤维、竹纤维、蚕丝素蛋白或聚氨酯弹性体。
优选地，所述纺丝溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
优选地，所述粗过滤片材为工业滤布、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、醋酸纤维、竹纤维、蚕丝素蛋白或聚氨酯弹性体。
优选地，所述耐高温片材为玻璃纤维、聚四氟乙烯或聚酰亚胺。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的防静电夹心净化材料是将溶液静电纺丝法和热压成型技术相结合，从而制成的以导电纤维为滤芯、以粗过滤片材和耐高温片材为保护层的夹心净化材料；由于该导电纤维是采用溶液静电纺丝法制成的掺有导电粉末的纳米级或亚微米级长纤维，因此该导电纤维不仅具有纤维直径细、比表面积大、孔隙小、孔隙率高等现有电纺纳米纤维适合作过滤材料的诸多优点，而且具有良好的防静电能力，从而能够使所述防静电夹心净化材料的过滤效率和防静电能力都得到大幅提高；同时，由于耐高温片材具有良好的拉伸强度和屈服强度，而粗过滤片材能够对大颗粒粉尘进行预过滤，因此采用热压成型技术将设有导电纤维的粗过滤片材与耐高温片材固定在一起所制成的防静电夹心净化材料不仅具有力学强度高、结构稳定、过滤效率高、粘接牢固等优点，而且制备方法简单，能够有效防止静电危害，这使得该防静电夹心净化材料能够安全、有效、快速、方便地应用到空气净化领域，特别是能够明显降低空气中的有害物，例如：该防静电夹心净化材料可广泛应用于PM2.5的个体防护产品(例如：口罩、面具等)。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为采用日立S4800电镜对本发明实施例1所制得的防静电夹心净化材料进行观察和拍摄，从而得到的扫描电子显微镜照片(SEM图像)一。
图2为采用日立S4800电镜对本发明实施例1所制得的防静电夹心净化材料进行观察和拍摄，从而得到的扫描电子显微镜照片(SEM图像)二。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的防静电夹心净化材料进行详细描述。
一种防静电夹心净化材料，采用以下步骤制备而成：
步骤A、将粒度不大于10μm的导电粉末加入到纺丝溶剂中并混合均匀，然后再与成纤聚合物混合，从而制得纺丝原液。其中，导电粉末、成纤聚合物、纺丝溶剂三者的质量之比为0.158:4:20。所述的导电粉末为碳黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、纳米金属颗粒中的一种或多种。所述纺丝溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。所述成纤聚合物为聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、醋酸纤维、竹纤维、蚕丝素蛋白或聚氨酯弹性体。
步骤B、采用溶液静电纺丝法对纺丝原液进行电纺，并将其电纺出的导电纤维直接电纺到粗过滤片材上，从而制得单面设有导电纤维的粗过滤片材。其中，所述粗过滤片材为工业滤布、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、醋酸纤维、竹纤维、蚕丝素蛋白或聚氨酯弹性体。所述导电纤维的直径为10nm～1.0μm。
步骤C、采用热压成型将所述单面设有导电纤维的粗过滤片材与耐高温片材固定在一起，并且导电纤维位于粗过滤片材与耐高温片材之间，从而制得纳米/亚微米级丝基防静电夹心净化材料。其中，所述耐高温片材为玻璃纤维、聚四氟乙烯或聚酰亚胺。
具体地，本发明所提供的防静电夹心净化材料是以导电纤维为滤芯、以粗过滤片材和耐高温片材为保护层的夹心净化材料；由于该导电纤维是采用溶液静电纺丝法制成的掺有导电粉末的纳米级或亚微米级长纤维，因此该导电纤维不仅具有纤维直径细、比表面积大、孔隙小、孔隙率高等现有电纺纳米纤维适合作过滤材料的诸多优点，而且具有良好的防静电能力，从而能够使所述防静电夹心净化材料的过滤效率和防静电能力都得到大幅提高；同时，耐高温片材可以提高所述防静电夹心净化材料的拉伸强度和屈服强度，而粗过滤片材能够对大颗粒粉尘进行预过滤，并能够对导电纤维起到保护作用；在热压成型过程中，部分导电纤维中的低熔点成纤聚合物会发生熔融，从而可以将粗过滤片材与耐高温片材更好地粘接，提高所述防静电夹心净化材料的整体牢固性。
综上可见，本发明实施例不仅具有力学强度高、结构稳定、过滤效率高、粘接牢固等优点，而且制备方法简单，能够有效防止静电危害。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的防静电夹心净化材料进行详细描述。
实施例1
一种防静电夹心净化材料，采用以下步骤制备而成：
步骤A、将0.158g粒度为10nm～10μm的碳黑加入到20gN,N-二甲基甲酰胺中并混合均匀，然后再与4g聚苯乙烯混合，从而制得成纤聚合物熔点低于150℃的纺丝原液。
步骤B、将工业滤布洗净并干燥，然后采用溶液静电纺丝法对纺丝原液进行电纺，纺丝电压为18kV、接收距离为10cm，并将其电纺出的导电纤维直接电纺到工业滤布上，从而制得单面设有导电纤维的工业滤布。
步骤C、采用热压成型法将所述单面设有导电纤维的工业滤布与玻璃纤维固定在一起，热压成型的温度为97℃，并且导电纤维位于工业滤布与玻璃纤维之间，从而制得防静电夹心净化材料。
具体地，采用日立S4800电镜对本发明实施例1所制得的防静电夹心净化材料进行观察，并拍摄如图1和图2所示的扫描电子显微镜照片(SEM图像)；由图1和图2可以看出：单根导电纤维的平均直径约为20μm；导电纤维在工业滤布上的排列致密、均匀，很少发生断裂，并且大量炭黑包裹在导电纤维的表面，从而这些炭黑可以有效导电，以防止静电危害；部分导电纤维发生熔融，并将工业滤布与玻璃纤维更好地粘接在一起，从而可以提高所述防静电夹心净化材料的整体牢固性。此外，经测试：导电纤维的点对点电阻值为5.6×109Ω，符合GB12014-2009标准。
进一步地，本发明实施例1所提供的防静电夹心净化材料能够安全、有效、快速、方便地应用到空气净化领域，特别是能够明显降低空气中的有害物，例如：该防静电夹心净化材料可广泛应用于PM2.5的个体防护产品(例如：口罩、面具等)。
需要说明的是，本申请中所述的静电纺丝装置和溶液静电纺丝法可以采用现有技术中的溶液静电纺丝设备和工艺；本申请中所述的热压成型可以采用现有技术中的热压成型设备和工艺。
综上可见，本发明实施例不仅具有力学强度高、结构稳定、过滤效率高、粘接牢固等优点，而且制备方法简单，能够有效防止静电危害。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种防静电夹心净化材料，其特征在于，采用以下步骤制备而成：
步骤A、将粒度不大于10μm的导电粉末加入到纺丝溶剂中并混合均匀，然后再与成纤聚合物混合，从而制得纺丝原液；
步骤B、采用溶液静电纺丝法对纺丝原液进行电纺，并将其电纺出的导电纤维直接电纺到粗过滤片材上，从而制得单面设有导电纤维的粗过滤片材；
步骤C、采用热压成型将所述单面设有导电纤维的粗过滤片材与耐高温片材固定在一起，并且导电纤维位于粗过滤片材与耐高温片材之间，从而制得防静电夹心净化材料。
2.根据权利要求1所述的防静电夹心净化材料，其特征在于，在步骤A中，导电粉末、成纤聚合物、纺丝溶剂三者的质量之比为0.158:4:20。
3.根据权利要求1或2所述的防静电夹心净化材料，其特征在于，所述导电纤维的直径为10nm～1.0μm。
4.根据权利要求1或2所述的防静电夹心净化材料，其特征在于，所述的导电粉末为碳黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、纳米金属颗粒中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的防静电夹心净化材料，其特征在于，所述成纤聚合物为聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、醋酸纤维、竹纤维、蚕丝素蛋白或聚氨酯弹性体。
6.根据权利要求1或2所述的防静电夹心净化材料，其特征在于，所述纺丝溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
7.根据权利要求1或2所述的防静电夹心净化材料，其特征在于，所述粗过滤片材为工业滤布、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、醋酸纤维、竹纤维、蚕丝素蛋白或聚氨酯弹性体。
8.根据权利要求1或2所述的防静电夹心净化材料，其特征在于，所述耐高温片材为玻璃纤维、聚四氟乙烯或聚酰亚胺。
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